某公司500KW逆變器技術(shù)升級

王凱 劉加勇 顧瑩瑩

摘要：該品牌光伏并網(wǎng)逆變器采用九折型材結(jié)構(gòu)，不同發(fā)熱源之間無遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問題，嚴(yán)重影響關(guān)鍵元器件的壽命；逆變核心單元使用電解電容，壽命相對較短，且受溫度影響非常大；交流接發(fā)觸器由外部供電直接控制，吸合時的過電流極易沖壞IGBT；交流風(fēng)機(jī)使用外部供電直接控制，長期運行，造成資源浪費。

關(guān)鍵詞：升級；電氣圖紙；控制系統(tǒng)；功率單元；散熱系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)效益

一、光伏并網(wǎng)逆變器簡介

逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。

隨著行業(yè)不斷發(fā)展，各個逆變器廠商難免會遭受行業(yè)的多次洗牌，稍有不慎就會被淘汰，本文所述廠家就是其中的典型代表，企業(yè)被洗牌，光伏電站內(nèi)的逆變器處于無售后服務(wù)狀態(tài)，導(dǎo)致大量經(jīng)濟(jì)損失，本文所述技術(shù)升級方案則可以完美解決此類問題。

二、方案綜述

1升級前逆變器概述

該品牌光伏并網(wǎng)逆變器采用九折型材結(jié)構(gòu)，不同發(fā)熱源之間無遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問題，嚴(yán)重影響關(guān)鍵元器件的壽命；逆變核心單元使用電解電容，壽命相對較短，且受溫度影響非常大；交流接發(fā)觸器由外部供電直接控制，吸合時的過電流極易沖壞IGBT；交流風(fēng)機(jī)使用外部供電直接控制，長期運行，造成資源浪費。

2升級后逆變器概述

升級方案主要包括2部分：外部升級、內(nèi)部升級。

（1）外部升級：前后門板增開進(jìn)風(fēng)口，安裝百葉窗；

（2）內(nèi)部升級：拆除原有機(jī)器的逆變單元、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，調(diào)整橫梁位置，安裝升級后的部件。

三.控制系統(tǒng)及模塊化功率單元升級

1 控制系統(tǒng)升級

1.1單核控制系統(tǒng)為通用雙核DSP處理器

該品牌500KW逆變器控制系統(tǒng)采用單核控制系統(tǒng)，與升級后的雙核冗余DSP控制系統(tǒng)相比，單核控制系統(tǒng)控制速度較慢，效率較低；升級后，控制系統(tǒng)采用自主知識產(chǎn)權(quán)的雙DSP控制，各司其職，高效可靠，其包括主控板、AD采樣板、IO控制板；

1.2控制系統(tǒng)軟件升級

1）LVRT功能：該品牌型逆變器在升級系統(tǒng)軟件后滿足國家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站低電壓穿越功能。認(rèn)證測試報告如下：

2）HVRT功能：由中國電科院、國網(wǎng)電科院共同起草的最新國家標(biāo)準(zhǔn)GB19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中要求光伏電站必須具備高電壓耐受能力。

升級后該品牌500KW型逆變器軟件完全滿足國網(wǎng)高電壓穿越檢測標(biāo)準(zhǔn)，保障措施如下：

①高速精準(zhǔn)的采樣設(shè)計，保障HVRT功能的快速響應(yīng)；

②寬裕量的軟硬件的設(shè)計，保障HVRT功能的安全性；

③可靠的供電系統(tǒng)，保障逆變器的安全。

其穿越曲線如下圖所示：

①光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓升高到1.3pu時，光伏發(fā)電站應(yīng)能不脫網(wǎng)連續(xù)運行0.5s；

②光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓升高到曲線2以上時，光伏發(fā)電站可以從電網(wǎng)切出。

3）頻率適應(yīng)性

升級后該品牌500KW型逆變器滿足國家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站具備一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，應(yīng)能夠在下表所示電網(wǎng)頻率偏離下運行。

4）AGC/AVC功能

升級后該品牌500KW型逆變器滿足國家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站具備AGC/AVC功能。

《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中4.1.3條規(guī)定，光伏發(fā)電站有功功率控制系統(tǒng)應(yīng)能夠接收并自動執(zhí)行電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)下達(dá)的有功功率及用功功率變化的控制指令；7.1條規(guī)定光伏發(fā)電站應(yīng)能根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令，光伏發(fā)電站自動調(diào)節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無功功率，實現(xiàn)對并網(wǎng)點電壓的控制。

2模塊化功率單元升級

該品牌500KW逆變器逆變單元使用電解電容作為母線支撐，電流紋波大，電容壽命短；IGBT使用密集型四并聯(lián)方式，散熱效果差；逆變單元無獨立風(fēng)道，溫升高，影響IGBT使用壽命。

2.1 IGBT模塊升級為通用的英飛凌模塊

采用了三相全橋逆變控制方式，選用了英飛凌公司通用的最新一代FF600系列IGBT功率模塊，具有更低的飽和壓降（Vcesat），更低的導(dǎo)通損耗，整機(jī)具有更高的效率。

每個IGBT功率模塊內(nèi)部由4只型號為FF600R12ME4開關(guān)管并聯(lián)組成（600A*4=2400A），以提高每相的耐受電流。該IGBT功率模塊的最大特點是管芯溫度可達(dá)150度。

IGBT功率模塊的基本參數(shù)如下：

2.2 直流母排升級為疊層母排

直流母排由傳統(tǒng)的普通母排升級為疊層母排，其優(yōu)點如下：

①高的可靠性和安全性；

②降低雜散電感，降低尖峰電壓，保護(hù)IGBT；

③更低的阻抗，更低的電壓降；

④容易散熱冷卻，更小的溫升。

3 成套散熱系統(tǒng)升級

3.1 電抗器散熱獨立風(fēng)道的設(shè)計

輸出電抗器設(shè)計溫升為120℃，為保證熱源（線包）的良好散熱，通過對電抗器加裝獨立風(fēng)道的方式，可以顯著降低電抗器運行時的溫升，保證了電抗安全、可靠運行。

3.2 逆變單元散熱獨立風(fēng)道的設(shè)計

逆變單元是光伏并網(wǎng)逆變器的核心部件，逆變單元的良好散熱，直接關(guān)系到逆變器的可靠性與壽命。逆變單元加裝獨立風(fēng)道，增加進(jìn)風(fēng)量，可以較好的解決該品牌逆變器在設(shè)計過程中存在的單元散熱缺陷。

四.總結(jié)

通過對該品牌500KW逆變器的控制系統(tǒng)升級、模塊化功率單元升級、成套散熱系統(tǒng)升級等核心升級方案，完全解決了原有溫升、器件故障、電網(wǎng)兼容等問題。使得升級后的逆變器有了更高的轉(zhuǎn)換效率，更好的電網(wǎng)友好性，重新獲得了電站全壽命周期內(nèi)的售后服務(wù)，更加安全高效的運行，從而使得電站發(fā)電量普遍提升8%以上。

中節(jié)能東臺電站共計有66臺該品牌500KW逆變器，單臺年均提升發(fā)電量4.4萬度，每度電按照1.4元計算，收益提高6.16萬元，66臺合計每年多創(chuàng)造406.56萬元經(jīng)濟(jì)效益，保證了電站年度運營經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。并且可節(jié)約1195噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少865噸二氧化碳、26噸二氧化硫、11噸氮氧化物、20噸粉塵，由此可見還具有極大的社會效益。

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